DE102017218827A1 - Method for protecting components in power interfaces - Google Patents

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DE102017218827A1 DE102017218827.8A DE102017218827A DE102017218827A1 DE 102017218827 A1 DE102017218827 A1 DE 102017218827A1 DE 102017218827 A DE102017218827 A DE 102017218827A DE 102017218827 A1 DE102017218827 A1 DE 102017218827A1
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Tobias Wehling
Marcus Schmitz
Marco Gangi
Torsten Freckmann
Udo Weyhersmueller
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Robert Bosch GmbH
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • H02H3/006—Calibration or setting of parameters

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz von Bauteilen in Stromschnittstellen vor thermischer Überlastung mit mindestens folgenden Schritten:• Erfassung einer Spannung aufgrund des Stromflusses an einem Strommessshunt 12,• Umwandlung des gemessenen Strom in einen digitalen Wert mittels eines AD-Wandlers 14,• Zurückverwandlung des digitalen Wert in einen Strom mittels einer Linearisierungskennlinie,• Vergleich des erfassten Stroms mit einer Software-basierenden Schwelle zur Ermittlung eines Überstromereignisses,• Bedienen eines in der Stromschnittstelle zum Strommessshunt in Serie geschalteten Feldeffekttransistor zum Verhindern bzw. Ermöglichen des Stromflusses,• Setzen und Rücksetzen des Status „Überstrom erkannt“ mit einer Software-basierenden Fehlererkennungs- und Heilungszeit.The invention relates to a method for protecting components in thermal interfaces from thermal overload with at least the following steps: detection of a voltage due to the current flow at a current measuring shunt 12, conversion of the measured current into a digital value by means of an AD converter 14, remanufacturing of the digital value into a current by means of a linearization characteristic, • comparison of the detected current with a software-based threshold for the detection of an overcurrent event, • operation of a field effect transistor connected in series in the current interface to the current measuring shunt to prevent or allow current flow, • setting and resetting the Status "overcurrent detected" with a software-based error detection and healing time.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz von Bauteilen in Stromschnittstellen.The invention relates to a method for protecting components in power interfaces.

Stand der TechnikState of the art

Aus der EP 1913404 B1 ist eine Stromschnittstelle bekannt. Die EP 1913404 B1 betrifft Maßnahmen gegen Überströme bei Stromschnittstellen von Raddrehzahlsensoren. Die EP 1913404 B1 schlägt vor, einen beträchtlichen Anteil von Funktionen in eine elektronische Datenverarbeitungseinheit (MCU) zu verlagern. Nachteilig ist der hohe Aufwand an Bauteilen für eine gegen Überstrom selbstsichere Schaltung.From the EP 1913404 B1 is a power interface known. The EP 1913404 B1 concerns measures against overcurrents at current interfaces of wheel speed sensors. The EP 1913404 B1 suggests relocating a significant amount of functionality to an electronic data processing unit (MCU). A disadvantage is the high cost of components for an overcurrent self-secure circuit.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindungsmeldung betrifft Maßnahmen zum Schutz von Bauteilen in Stromschnittstellen vor thermischer Überlastung durch zu hohe Ströme. Im Falle zu hoher Ströme wird mittels eines zum Strommessshunt in Serie geschalteten Feldeffekttransistors der Stromfluss unterbrochen. Die Erfindung beschreibt die in Software zu realisierende Logik zum Schutz der Bauteile der Stromschnittstellen vor thermischer Überlastung.The invention relates to measures for the protection of components in current interfaces from thermal overload due to excessive currents. In the case of excessively high currents, the current flow is interrupted by means of a field-effect transistor connected in series with the current measuring shunt. The invention describes the logic to be implemented in software for protecting the components of the power interfaces from thermal overload.

Durch Aktivieren der Schutzschaltung über Software und nicht mehr über Hardware kann eine kostengünstigere und platzsparendere Version einer Stromschnittstelle realisiert werden. Ebenso ist die maximale Stromschwelle, die zum Abschalten führt, nicht mehr fest aufgrund von Hardware vorgegeben, sondern kann von der Software auf verschiedene Art und Weise bereitgestellt werden.By activating the protection circuit via software and no longer using hardware, a more cost-effective and space-saving version of a power interface can be realized. Likewise, the maximum current threshold that causes shutdown is no longer fixed by hardware, but may be provided by the software in a variety of ways.

Des Weiteren kann im Layout Platz gespart und weitere Funktionalität integriert werden, die mit der bisherigen Ausgestaltung nicht möglich gewesen ist. Mittels der in SW zu realisierenden Logik kann somit die HW-seitige Ausgestaltung der Stromschnittstellen einfach und kostengünstig dargestellt werden.Furthermore, space can be saved in the layout and additional functionality can be integrated that was not possible with the previous design. By means of the logic to be implemented in SW, the HW-side design of the current interfaces can thus be represented simply and inexpensively.

Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, dass die Abschaltschwelle und die Zeit zur Feststellung und zur Heilung eines Überstromereignisses nicht mehr fest vorgegeben sind, sondern auf Werte angepasst werden können, die von der Software bereitgestellt werden. Dies kann beispielsweise per Applikation, per Konfiguration oder modellbasiert in Abhängigkeit von anderen Umgebungsgrößen, beispielsweise Steuergerätetemperatur, Umgebungstemperatur oder dergleichen geschehen.Another advantage of this invention is that the shutdown threshold and time to detect and cure an overcurrent event are no longer fixed but can be adjusted to values provided by the software. This can be done, for example, by application, by configuration or model-based as a function of other environmental variables, for example controller temperature, ambient temperature or the like.

Beschreibungdescription

  • 1 zeigt eine Funktionslogik 10 zur Erfassung einer Spannung aufgrund des Stromflusses an einem Strommessshunt 12. Ein AD-Wandler 14 wandelt den gemessenen Strom in einen digitalen Wert um. Anschließend wird der digitale Wert mithilfe einer Linearisierungskennlinie in einen Strom zurückverwandelt. 1 shows a functional logic 10 for detecting a voltage due to the current flow on a current measuring shunt 12 , An AD converter 14 converts the measured current into a digital value. The digital value is then converted back into a stream using a linearization characteristic.
  • 2 zeigt die Berechnung des Status „Überstrom erkannt“, hier sichtbar in CurrMeas_bOvrCurrX. Dieser Status wird in der Steuergeräteinitialisierung mit 0 = FALSE initialisiert. Wurde vorher noch kein Überstrom erkannt, wird nun, wenn der erfasste Strom eine in einer Software hinterlegten Schwelle (im Ausführungsbeispiel: CurrMeas_iThreshX_C) überschreitet, der Status „Überstrom erkannt“ gesetzt. Die Überschreitung der Schwelle muss hierbei für eine gewisse Fehlererkennungszeit, im Ausführungsbeispiel sichtbar als CurrMeas_tiDebErr_C, messbar sein. Diese Zeit muss derartig gewählt werden, dass die Bauteile der Stromschnittstellen aufgrund des zu hohen Stroms nicht thermisch überlastet werden können, beispielsweise 100ms. Der Status „Überstrom erkannt“, gezeigt durch CurrMeas_bOvrCurrX wird somit erst gesetzt, wenn die Fehlererkennungszeit, dargestellt durch CurrMeas_tiDebErr_C, abgelaufen ist. Wenn der erfasste Strom während dieser Zeit unter einen Hysteresenwert, dargestellt durch CurrMeas_iThreshX_C - CurrMeas_iThreshHysX_C, fällt, wird die bereits abgelaufene Fehlererkennungszeit zurückgesetzt. Das bedeutet, dass beim nächsten Feststellen eines Überstroms wieder die gesamte Fehlererkennungszeit bis zum Setzen des Status „Überstrom erkannt“ ablaufen muss. 2 shows the calculation of the status "overcurrent detected", visible here in CurrMeas_bOvrCurrX. This status is initialized in the ECU initialization with 0 = FALSE. If no overcurrent has been detected before, then if the detected current exceeds a threshold stored in a software (in the exemplary embodiment: CurrMeas_iThreshX_C), the status "overcurrent detected" is set. The exceeding of the threshold must be measurable here for a certain error detection time, visible in the exemplary embodiment as CurrMeas_tiDebErr_C. This time must be chosen such that the components of the power interfaces can not be thermally overloaded due to the high current, for example, 100ms. The status "Overcurrent detected", as shown by CurrMeas_bOvrCurrX, will thus only be set when the error detection time, represented by CurrMeas_tiDebErr_C, has expired. If the sensed current falls below a hysteresis value, represented by CurrMeas_iThreshX_C - CurrMeas_iThreshHysX_C during this time, the already expired error detection time is reset. This means that the next time an overcurrent is detected, the entire error detection time must elapse until the "overcurrent detected" status is set.
  • 3 zeigt die Logik zur Ansteuerung des in der Stromschnittstelle in Serie geschalteten Feldeffekttransistors (FET) zur Unterbrechung des Stromflusses. Ist der Status „Überstrom erkannt“ zurückgesetzt, erkennbar durch CurrMeas_bOvrCurrX = 0, wird der FET angesteuert. Somit wird der Stromfluss ermöglicht. Ein Fehlerpfad (DFC) zur eventuellen Speicherung eines Überstromereignisses im Fehlerspeicher des Steuergeräts wird hierbei zurückgesetzt. Ist der Status „Überstrom erkannt“ gesetzt, erkennbar durch CurrMeas_bOvrCurrX = 1, wird der FET nicht mehr angesteuert. Somit wird der Stromfluss unterbrochen. Ein Fehlerpfad (DFC) zur eventuellen Speicherung eines Überstromereignisses im Fehlerspeicher des Steuergeräts wird hierbei gesetzt. Mittels eines Applikationsparameters (CurrMeas_bCurrMeasOff_C) kann die Ansteuerung des FET permanent unterbunden werden. Somit ist der Stromfluss durch die Stromschnittstelle dauerhaft unterbrochen. 3 shows the logic for driving the series-connected in the current interface field effect transistor (FET) to interrupt the flow of current. If the status "overcurrent detected" is reset, recognizable by CurrMeas_bOvrCurrX = 0, the FET is activated. Thus, the current flow is enabled. An error path (DTC) for the eventual storage of an overcurrent event in the controller's fault memory is reset here. If the status "overcurrent detected" is set, recognizable by CurrMeas_bOvrCurrX = 1, the FET is no longer activated. Thus, the flow of current is interrupted. An error path (DTC) for the eventual storage of an overcurrent event in the fault memory of the controller is set here. By means of an application parameter (CurrMeas_bCurrMeasOff_C) the activation of the FET can be permanently stopped. Thus the current flow through the current interface is permanently interrupted.
  • 4 zeigt das erneute Zurücksetzen des Status „Überstrom erkannt“. Das ist notwendig, um nach einer gewissen Zeit, nachdem der Überstrom erkannt wurde und der Stromfluss durch den FET unterbrochen wurde, eine neue Strommessung zu ermöglichen. Diese Zeit der Heilung, dargestellt als CurrMeas_tiDebHealX_C, muss so gewählt sein, dass eine genügende Abkühlung der Bauteile der Stromschnittstelle sichergestellt ist, um eine thermische Überlastung auszuschließen. Die Zeit kann beispielswiese eine Minute betragen. Nach dem Zurücksetzen des Status „Überstrom erkannt“ (CurrMeas_bOvrCurrX = 0) wird nun wieder wie ab der Beschreibung zu 2 beschrieben weiter vorgegangen. 4 shows the resetting of the status "overcurrent detected". This is necessary to allow a new current measurement after some time after the overcurrent has been detected and the current flow through the FET has been interrupted. This healing time, represented as CurrMeas_tiDebHealX_C, must be chosen to ensure sufficient cooling of the power interface components to prevent thermal overload. For example, the time can be one minute. After resetting the status "overcurrent detected" (CurrMeas_bOvrCurrX = 0), it now returns to the description as of the description 2 described further proceed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1913404 B1 [0002]EP 1913404 B1 [0002]

Claims (7)

Verfahren zum Schutz von Bauteilen in Stromschnittstellen vor thermischer Überlastung mit mindestens folgenden Schritten: • Erfassung einer Spannung aufgrund des Stromflusses an einem Strommessshunt 12, • Umwandlung des gemessenen Strom in einen digitalen Wert mittles eines AD-Wandlers 14, • Zurückverwandlung des digitalen Wert in einen Strom mittels einer Linearisierungskennlinie, • Vergleich des erfassten Stroms mit einer Software-basierenden Schwelle zur Ermittlung eines Überstromereignisses, • Bedienen eines in der Stromschnittstelle zum Strommessshunt in Serie geschalteten Feldeffekttransistor zum Verhindern bzw. Ermöglichen des Stromflusses, • Setzen und Rücksetzen des Status „Überstrom erkannt“ mit einer Software-basierenden Fehlererkennungs- und Heilungszeit.Method for protecting components in thermal interfaces from thermal overload with at least the following steps: Detecting a voltage due to the current flow at a current measuring shunt 12, Conversion of the measured current into a digital value by means of an AD converter 14, Re-conversion of the digital value into a current by means of a linearization characteristic, Comparing the sensed current with a software based threshold to determine an overcurrent event, Operating a field effect transistor connected in series in the current interface to the current measuring shunt in order to prevent or facilitate the flow of current, • Set and reset the Overcurrent Detected status with a software-based error detection and recovery time. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überstrom erkannt wird, wenn der erfasste Strom eine softwarebasierende Schwelle (beispielsweise per Applikation, per Konfiguration oder modellbasiert in Abhängigkeit von anderen Umgebungsgrößen, beispielsweise Steuergerätetemperatur, Umgebungstemperatur oder dergleichen) überschreitet.Method according to Claim 1 characterized in that an overcurrent is detected when the sensed current exceeds a software based threshold (eg, by application, configuration, or model based on other environmental variables, such as controller temperature, ambient temperature, or the like). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Status „Überstrom erkannt“ gesetzt wird, wenn der erkannte Überstrom eine definierte Fehlererkennungszeit, beispielsweise 100ms andauert.Method according to Claim 2 , characterized in that the status "overcurrent detected" is set when the detected overcurrent lasts for a defined error detection time, for example 100ms. Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die bereits abgelaufene Fehlererkennungszeit zurück gesetzt wird, wenn der gemessene Strom während dieser Zeit unter einen Schwellenwert fällt.Method according to Claim 3 characterized in that the error detection time already elapsed is reset when the measured current falls below a threshold during that time. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Stromschnittstelle in Serie geschalteter Feldeffekttransistor zum Ermöglichen des Stromflusses angesteuert wird, wenn der Status „Überstrom erkannt“ zurückgesetzt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a field effect transistor connected in series in the current interface for enabling the current flow is activated when the status "overcurrent detected" is reset. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Stromschnittstelle in Serie geschalteter Feldeffekttransistor zum Verhindern des Stromflusses nicht angesteuert wird, wenn der Status „Überstrom erkannt“ gesetzt ist.Method according to one of Claims 3 to 5 , characterized in that a field effect transistor connected in series in the current interface for preventing the flow of current is not activated when the status "overcurrent detected" is set. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer gewissen Heilungszeit der Status „Überstrom erkannt“ zurückgesetzt wird um eine erneute Strommessung zu ermöglichen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after a certain healing time the status "overcurrent detected" is reset to allow a renewed current measurement.
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